La réaction d'oxydation de l'eau (WOR) est l'une des réactions les plus importantes de la planète puisqu'elle est à l'origine de la quasi-totalité de l'oxygène de l'atmosphère. Comprendre ses subtilités peut détenir la clé pour améliorer l'efficacité de la réaction. Malheureusement, les mécanismes de la réaction sont complexes et les intermédiaires très instables, rendant ainsi leur isolement et leur caractérisation extrêmement difficiles. Pour surmonter cela, les scientifiques utilisent des catalyseurs moléculaires comme modèles pour comprendre les aspects fondamentaux de l'oxydation de l'eau, en particulier la réaction de formation de liaisons oxygène-oxygène.

Pour la première fois, scientifiques du groupe Lloret-Fillol de l'ICIQ, qui étudient minutieusement WOR, ont isolé et entièrement caractérisé un intermédiaire insaisissable généré après l'événement de formation de la liaison oxygène-oxygène, l'étape déterminant la vitesse de la réaction. L'oeuvre, un effort international mené par ICIQ en collaboration avec l'Université de Groningen (Pays-Bas) et le Synchrotron SOLEIL (France), a été publié dans Chimie de la nature . "Notre travail a des implications directes dans notre capacité à examiner l'étape de formation de la liaison oxygène-oxygène et les intermédiaires de réaction ultérieurs, " explique Julio Lloret-Fillol, Chef de groupe ICIQ et professeur ICREA, auteur principal de l'article.

En modifiant les conditions de leur système catalytique, les chercheurs ont cristallisé le Ru(IV) side-on peroxo généré après l'étape déterminant la vitesse de la réaction, l'événement de formation de la liaison oxygène-oxygène. "L'article aidera à mieux comprendre le mécanisme de la formation de liaisons oxygène-oxygène, puisqu'il montre des preuves directes d'un mécanisme à site unique pour former la liaison oxygène-oxygène, l'un des mécanismes postulés pour le photosystème II, " affirme Carla Casadevall, ancien doctorat étudiant du groupe Lloret, maintenant chercheur postdoctoral Marie Skłodowska-Curie au groupe Erwin Reisner de l'Université de Cambridge et premier auteur de l'article.

Malgré des efforts considérables pour élucider son mécanisme, WOR n'est toujours pas entièrement compris, suscitant un débat en cours avec plusieurs propositions concernant le mécanisme de formation de la liaison oxygène-oxygène. Les chercheurs ont utilisé des études de marquage pour surveiller les intermédiaires formés à la fois avant et après l'étape déterminante de la vitesse de WOR. Par ici, ils ont pu fournir des preuves directes de la formation de la liaison oxygène-oxygène par attaque nucléophile de l'eau à partir du métal-oxo.

"Cet article prouve à nouveau que des complexes moléculaires bien définis offrent un accès aux aspects fondamentaux du WOR, sinon très difficile, qui sera utile pour une conception de catalyseur plus efficace, " conclut Casadevall.